1.3 磁流变液制动器的应用概述

1.3.1 磁流变液制动器在车辆领域的应用

制动系统是车辆的重要组成部分，其性能优劣对于车辆安全驾驶极其重要。目前，国内大部分中小型汽车采用的是如图1.20所示的液压制动系统，由于其制动执行器仍采用机械摩擦式，在实际应用中存在动作滞后、制动效能低以及制动时车辆方向不稳定等问题[64]。同时，防抱死制动系统（Anti-lock Braking System，ABS）已经成为汽车上重要的主动安全系统，其主要用于防止车轮抱死打滑出现事故[65, 66]。然而，液压制动系统是通过间断调整液压管路内部压力来防止车轮抱死，车轮的响应是不连续的且难以及时响应路面附着力的变化。因此，未来电动汽车的制动系统急需一种结构紧凑、适用于线控方式且控制性能更为出色的解决方案。

图1.20 汽车液压制动系统

考虑到磁流变效应具有迅速可逆、响应快、控制简单且能耗低等突出优点，将磁流变液制动器应用于汽车制动系统可以缩短制动距离、提高制动灵敏性；同时，磁流变液制动器适用于线控方式，能够快速响应地面附着条件变化，实现无脉动的ABS制动，并且可以和其他电子控制系统（如ESP、TCS等）无缝结合，实现协同控制[67]。加拿大Assadsangabi等[68]根据汽车制动系统需求，通过遗传算法和有限元法对磁流变液制动器进行优化设计，结果表明：优化后制动器的制动力矩有所提升，但仍小于汽车实际制动时所需值。韩国Sohn等[69]针对中型摩托车设计了一款盘式磁流变液制动器，并搭建了图1.21所示的测试平台研究了其输出制动力矩、响应时间和温度特性等，结果表明：所设计磁流变液制动器对于中型摩托车具有较好的适用性。加拿大维多利亚大学Park等[70, 71]基于磁流变液制动器进行了汽车线控制动研究，开展了汽车防抱死制动的滑膜变结构控制仿真。清华大学马良旭[72]为了提升车用磁流变液制动器的制动性能，提出了其整体磁场设计方法，并设计了相应控制算法和系统协调控制策略，可以有效降低制动时间。清华大学于良耀等[73]结合楔块增力机构和磁流变液制动器，研制出一种具备自供能和自驱动功能的车辆线控制动系统，通过实验测得：仅需30W左右的控制功率便可产生315N·m的制动力矩，而发电机产生的电能可用于再生制动。

图1.21 车用磁流变液制动器测试平台